本文節選自：
楊印生, 韋鑫. 低碳農業機械化的發展邏輯、影響因素與實作路徑[J]. 智慧農業(中英文), 2023, 5(4): 150-159. DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304008YANG Yinsheng, WEI Xin. The Development Logic, Influencing Factors and Realization Path for Low-Carbon Agricultural Mechanization[J]. Smart Agriculture, 2023, 5(4): 150-159. DOI: 10.12133/j.smartag.SA202304008
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低碳農業機械化發展的内涵、目标及邏輯分析
1 低碳農業機械化發展的内涵
“低碳農業機械化”的發展不僅僅在于低能耗、低排放農業機械裝備的研發、設計與制造，更重要的還在于通過農業機械化生産方式、農機社會化服務模式創新和推廣體系的完善，實作農業機械化資源的優化配置，提高農業機械裝備的使用效率和綜合效益，進而推進農業機械化全程全面轉型更新和高品質發展。作者認為“低碳農業機械化”發展的内涵至少包括為三個方面：一是農業機械裝備本身設計與制造的低碳化，二是農業機械化作業過程的低碳化，三是退役廢舊農業機械裝備處置的低碳化與綠色再制造。
1.1 農業機械裝備本身設計與制造的低碳化
傳統理念認為，農機裝備保有量或農機總動力是評價農業機械化水準的主要衡量名額之一。但農機裝備保有量大和總動力高一般意味着能源消耗大、污染排放也大、投入資金多、成本高，顯然不利于對農業資源環境的保護和可持續發展。而且農業機械保有量多可能還會帶來機具的配置不當與閑置，使得資源不能合理地利用，會造成财力、物力上的浪費。實際上，世界各國都高度重視農業資源的高效利用，緻力于發展節能型動力機械，并在一定區域内實施免耕和少耕的政策。其中，歐美國家已進入了農業高度機械化和現代化階段，農業機械已經向大型、高速、低耗、自動化和智能化方面深度發展。中國由于實行分田到戶制度和雙層經營體系，很多富起來的農民家裡小型農機具一應俱全。這些分散在各家各戶的小型農機具由于缺乏專業的維修和保養，機具不配套，損壞、浪費、油耗高的現象在一定程度上仍然存在。事實上，2021年，中國農業機械總動力已達10.78億千瓦，農作物耕種收綜合機械化率達到72.03%，如果按照當年的1.28億公頃耕地統計資料計算，機關耕地面積上的平均動力約為8.4 kW/hm2。而戶均耕地規模和耕作習慣均與中國相近的南韓已實作全面農業機械化，其農機裝備水準僅為4.95 kW/hm2，這不僅意味着中國農機裝備水準過高，也在某種程度上說明農機裝備的有效使用率低下。農業機械裝備本身設計與制造的低碳化就是指以低碳設計為出發點來降低農機裝備整個壽命周期内各個方面的能源消耗和溫室氣體排放，可以了解為農機裝備産品整個壽命周期中的設計、生産、儲運、銷售、使用和回收等各個環節降低溫室氣體（主要是二氧化碳）排放的設計，在盡可能提升其功能的前提下使得環境負荷盡量降低，資源利用效率盡量提高。低碳農機裝備設計與制造的低碳化，不僅保證農機裝備産品在壽命周期内，對生産者、使用者以及環境有一定的保護作用，符合國家對環保型産品的要求，有效減少能源消耗和資源浪費，而且還要不降低産品的成本效益，除保留它原有的功能外，還盡可能具備其他功能，這樣才能實作在有限的資源條件下，滿足無限的市場需求。
1.2 農業機械化作業過程的低碳化
農業機械化作業過程的低碳化是指在農業機械裝備實作“低能耗、低排放、低成本、高效率”研發、設計、制造、使用與廢棄的基礎上，通過建構符合中國國情的農業機械化生産方式、農機社會化服務模式和推廣體系，實作以盡可能低的農業機械總動力達到盡可能高的農業生産綜合機械化水準，以盡可能少的農業機械化投入獲得盡可能大的效率和效益。以糧食作物的種植生産為例，農業機械化作業過程的低碳化就是從耕整土地、播種、田間管理到收獲的整個作業過程中，以盡可能少的農機動力配備，實作耕、種、管、收等各個環節的機械化作業，實作盡可能高的耕種管收綜合機械化率。實踐證明，從20世紀90年代初率先起源于山西的小麥跨區作業就是一種農業機械化作業過程的低碳化方式。從宏觀布局上盡量減少農業機械總動力，但并不是忽視大馬力農機多功能複合作業效率高的優勢和否定這一發展方向，而是強調要不斷降低農機能源消耗和環境負荷，減少作業成本、提高作業效率，通過農機社會化服務等新型農機化經營模式來實作委托意義下的農業機械化。比如，一個地區農業機械的擁有可以為零動力，但通過農機作業委托等農機社會化服務經營模式完全可以實作農業機械化，進而助推低碳農業機械化的實作。
1.3 退役廢舊農業機械裝備處置的低碳化與綠色再制造
随着農業現代化的快速發展及農機裝備産品生命周期的縮短，農機裝備産品更新的速度也越來越快，進而導緻了大量退役廢舊農機裝備的産生。一方面退役廢舊農機裝備可能含有重金屬、化學、塑膠等物質，對這些物質的不恰當處置，可能會給環境帶來很大的危害；另一方面，退役廢舊農機裝備中蘊藏着大量的可再生資源，若不能有效地再生利用，将造成極大的資源浪費。是以，退役廢舊農機裝備的回收、低碳處置以及綠色再制造，不僅是國家節能減排領域的戰略性新興産業，也是低碳農業機械化發展的客觀要求。所謂退役廢舊農業機械裝備處置的低碳化與綠色再制造，是指在農機裝備産品使用後，也就是退役或者報廢後，通過低碳化回收、低碳化再設計技術實作其外殼以及零部件的再利用，而對那些不可利用的部件也通過低碳處置技術進行有效處理，不給環境帶來多餘的負擔，實作資源價值的最大化利用和生态環境的最大可能保護。加快淘汰能耗高、污染重、性能低的老舊機械，進一步盤活農機裝備存量、優化增量，促進農機節能和更新換代是現階段的主要任務。而在這個過程中需要進一步完善廢舊農機報廢更新機制，實作廢舊農機裝備處置的低碳化，引導農機生産企業開展生态設計和綠色再制造；提高農機消費者對生态技術和綠色技術的認知，培養經營主體在農機方面的綠色消費觀；引導政府對生态技術、低碳農機裝備的傾斜補貼。
2 低碳農業機械化發展的目标
低碳農業機械化發展的總體目标是以盡可能低的投入成本、盡可能小的環境負荷和資源代價，實作盡可能大的産出與收益，追求農業機械化向“效率、效益、綠色、生态”的目标發展。具體目标有三個：一是加快實作低能耗、低排放農機裝備的研發、設計、制造、推廣及應用，推動農機裝備産業結構優化，提高大中小型農機裝備和農機作業各個環節資源的優化配置和利用效率；二是通過農業機械化生産方式、社會化服務模式和推廣體系的創新，實作農機裝備制造企業、農業經營主體的經濟收益增加以及農産品市場核心競争力的提升，進而實作農業生産綜合效益的提高；三是通過綠色農機裝備與智能農機裝備的研制和推廣、農機社會化服務模式的創新、農業機械化扶持政策優化等路徑關聯，促進農業生産朝着綠色和生态的方向發展。低碳農業機械化發展目标的實作，是農業機械化全面和高品質發展的必然要求。低碳農業機械化發展的目标體系如圖1所示。
圖1 低碳農業機械化發展的目标體系Fig.1 Development target system for low-carbon agricultural mechanization |
3 低碳農業機械化發展的邏輯分析
從理論邏輯、現實邏輯和系統邏輯三重次元，深入剖析低碳農業機械化發展的必要性、急迫性和可行性，為進一步辨析影響低碳農業機械化發展的主要因素奠定基礎。
3.1 理論邏輯
發展經濟學創始人張培剛1945年的博士學位論文《農業與工業化》是近代農業機械化理論之集大成者。張培剛認為農業機械化是從農業社會向工業社會的轉型中連接配接城鄉的樞紐，是橫跨農業與工業的橋梁，是經營主體對農業使用機器的經濟、技術、社會條件的綜合研判，農業機械化的過程也是土地、資本、勞動力、技術、管理等一系列生産要素“生産函數”連續變化的過程。中華人民共和國成立以來，尤其是1959年毛澤東提出“農業的根本出路在于機械化”這一重要論斷之後，中國的農業機械化不僅在實踐上取得了長足的進步，而且在理論上也取得了可喜進展。中國農業機械化軟科學領域著名學者白人樸［6, 7］認為，作為中國特色社會主義理論體系的重要組成部分，中國特色農業機械化理論體系已經初步形成，并且以中國特色社會主義理論為其指導思想和理論基礎。《中華人民共和國農業機械化促進法》指出，“農業機械化就是運用先進适用的農業機械裝備農業，改善農業經營條件，不斷提高農業的生産技術水準和經濟效益、生态效益的過程。”作者認為，這裡的“先進适用”應該指的是“技術上先進、農藝上适合、操作上友善、效能上全面”，其中效能包括效果和效率兩個方面。是以，農業機械化必須堅持“因地制宜、經濟有效、保障安全、保護環境”的發展原則，重點加大增産增效、資源節約、環境友好型的智能農業機械化裝備和技術的創新研發和推廣力度，着力攻克智慧農業領域的人工智能、高精度農業傳感器、人機互動、區塊鍊等前沿技術中瓶頸問題，建構和完善智能化、數字化智慧農業大資料資訊平台，實作低碳農業機械化可持續發展。低碳農業機械化同樣也是工業化和城鎮化的産物，是伴随着人類文明的演進更替和不斷進步而逐漸實作的，是涉及到物流、人流、資訊流、資金流、技術流，甚至政策流和文化流等衆多因素的複雜系統工程，是以，能否實作勞動生産率、資源使用率、土地産出率的提高以及農業生态環境負荷的降低，并且不斷改善農民生産和生活條件，進而實作“生産、生活、生态”“三生”共赢，顯然也是判别低碳農業機械化系統能否圓滿實作其功能的重要準則，如圖2所示。
圖2 低碳農業機械化系統功能Fig. 2 Functions of low-carbon agricultural mechanization system |
3.2 現實邏輯
低碳農業機械化發展具有清晰的現實邏輯。2004年《中國農業機械化促進法》頒布和農機購置補貼政策的實施刺激了經營主體盲目的購機熱情，而農機擁有量的大增引發了農機結構的變化，曾呈現出“三多三少”的現象，即動力機械多、配套農具少，小型機具多、大中型機具少，低檔次機具多、高性能機具少。盡管跨區作業等農機社會化服務的出現促進了農機資源的時空流動，但這種流動也導緻了農機資源配置的無序和混亂，甚至浪費和效益下降。事實上，農業機械化是一種資源集約型生産，目的在于提高農業勞動生産率、資源使用率和土地産出率。但同時，中國的土地規模化程度低下、經營主體素質不高、經營管理方式粗放、動力機械及配套機具結構不夠優化、多功能智能作業機具有效供給不足、農機農藝深度融合不夠、退役機具報廢及更新制度不夠完善等多重因素疊加導緻農機作業過程中消耗了大量的石油化工制品等非再生資源，帶來了嚴重的資源與環境壓力，農業機械化也成了農業碳排放的主要貢獻者。據統計，在中國，農業用燃油量約占社會消耗燃油總量的30%左右，而農機用油約占農用柴油消耗總量的60%~70%。随着數字化設計、大資料、物聯網、衛星遙感等技術在農機設計、制造、應用等領域有機整合的步伐加快，農業機械自動化、資訊化、智能化、智慧化融合已成為國際農業機械化發展的主流方向。農機傳感器、北鬥導航、自動駕駛等技術在農機裝備産品設計生産、農機裝備精準作業、智能化監管等環節中的應用越來越廣泛，大幅提高了農業生産效率，降低了勞動強度，并使得農機低碳化發展成為可能。而在農戶層面，農戶在逐漸意識到傳統農業生産模式生産成本和對生态環境破壞的代價持續增加，對具有更多智能化技術加持的農機裝備的需求也逐漸攀升，“需求側”的變化進一步加大了農業機械化轉型更新和低碳化農業機械化發展的急迫性。是以，發展低碳農業機械化在農業乃至整個國民經濟的節能減排工作和“雙碳”戰略中具有重要的地位，有利于促進農業由粗放型、高消耗的石油農業朝着資源節約和生态環境改善的低碳農業轉型，是實作中國農業可持續發展的戰略需求和現實需要。
3.3 系統邏輯
低碳農業機械化系統是由互相作用、互相依賴的若幹組成部分結合而成的具有特定功能的有機整體，是一個複雜的系統工程。可以将其分解為三個關聯的子系統進行分析，建構低碳農業機械化發展的“人－機－環境”動态系統，并揭示各個子系統兩兩之間的互相作用及制約關系。如下圖3所示的系統中涉及三個子系統，分别是人（政府部門、農機科研院所及高校、農機生産企業、農業機械化從業人員、農業經營主體）、機（農業機械化技術與裝備）、環境（經濟環境、社會環境、政治環境、自然環境、資源環境）。按照系統科學原理，低碳農業機械化的發展必須處理好三個方面的問題，即人、機、環境各子系統之間的總體協調問題，任何兩個子系統之間的協調問題，每一個子系統内部各元素之間的協調問題。其中人機互動系統包括農機裝備研發、設計、制造、銷售、應用及運維等問題；機與環境互動系統涉及農機農藝融合、農機碳足迹測度、退役廢舊農機裝備低碳處置等問題；人與環境的互動系統涉及耕地宜機化改造、農機化技術适應性更新、環境适應性調控、農機化政策有效供給等。顯然，低碳農業機械化系統的總體功能也是其生态功能、 經濟功能、社會功能、文化功能和政治功能的統一。
圖3 低碳農業機械化發展的“人-機-環境”系統Fig. 3 "Man-Machine-Environment" system of low-carbon agricultural mechanization development |
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